一种简易呼吸模拟装置的制作方法

1.本发明涉及人体模型技术领域，特别涉及一种简易呼吸模拟装置。


背景技术：

2.人体呼吸系统的主要生理机能是在大气和血液之间交换氧气和二氧化碳，维持体内各级组织进行新陈代谢所需要的气体环境。其生理过程与气体的流动密切相关。对于人体呼吸模拟来说，最重要的部分在于能够准确模拟出人体呼气和吸气的两个过程，并且过程变化曲线符合真实人体的情况。
3.对于人体呼吸过程是众多研究学者的研究重点。呼吸过程的研究，必须要有呼吸装置的参与，特别是对于病毒传播等涉及人体伦理的研究，更需要找到代替真实受试者的模拟装置。人体模型或者暖体假人广泛运用于各类工程乃至医学行业。
4.然而，现有人体模型中能够正确模拟人体呼吸的呼吸装置价格昂贵、维修保养和更换都会产生大量的支出。目前的呼吸模拟装置主要存在以下几个问题，一是造价昂贵，不能大批量采购或者使用；二是维修保养困难；三是目前市面上的产品基本都是进口，国产呼吸模拟装置还存在空白。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种简易呼吸模拟装置，以解决现有技术中存在的问题。
6.为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种简易呼吸模拟装置，包括布置在人体模型颅腔内的呼吸模块和风速监测系统，以及调节系统和运算控制系统。
7.所述人体模型颅腔通过鼻腔和/或口腔与外界连通。所述呼吸模块包括并联的进气扇和出气扇。所述进气扇将外气抽吸至人体模型颅腔内。所述出气扇将人体模型颅腔内空气吹送至外部环境。所述风速监测系统布置在呼吸模块旁侧。
8.所述调节电路系统包括第一调节电路和第二调节电路。所述第一调节电路和进气扇电连接于电源回路的正负极之间。所述第一调节电路与进气扇串联以设置进气扇的输入电阻。所述第二调节电路和出气扇电连接于电源回路的正负极之间。所述第二调节电路与出气扇串联以设置出气扇的输入电阻。所述第一调节电路和第二调节电路均包括时序控制器和多条阻值调节支路。所述时序控制器和阻值调节支路的受控端均与运算控制系统电连接。
9.工作时，所述风速监测系统监测呼出、吸入的风速，并将呼吸风速v和呼吸时间t发送给运算控制系统。所述运算控制系统控制时序控制器的关断，继而控制模拟的呼吸频率。所述运算控制系统控制阻值调节电路接入第一调节电路和第二调节电路的电阻值，继而控制呼吸的流速大小。
10.进一步，所述进气扇和出气扇均为直流风机。
11.进一步，所述呼吸模块还包括风扇壳体以及隔板。所述风扇壳体具有容纳空间。所述隔板将风扇壳体的容纳空间分隔为两个腔体。两个腔体处设置有进出风口结构。所述进
气扇和出气扇分别布置在两个腔体中。所述风扇壳体通过螺丝固定在人体模型颅腔内。
12.进一步，所述多条阻值调节支路并联连接。其中，开关电路和电阻串联连接以形成阻值调节支路。
13.进一步，所述电阻为固定电阻。
14.进一步，所述电阻为可调电阻。
15.进一步，阻值调节支路还包括补偿电阻，用于补偿调节每条阻值调节支路的阻值。
16.进一步，还包括电路外壳体。所述调节系统布置在电路外壳体的内腔中。
17.进一步，还包括显示系统。所述运算控制系统根据进气扇吸气风速v1、出气扇呼气风速v2以及呼吸时鼻腔和/或口腔开口横截面积s1计算出实际吸气风量f1和实际呼气风量f2。所述显示系统显示实际吸气风量f1、实际呼气风量f2、呼吸时间t、吸气风速v1 和呼气风速v2。
18.本发明的技术效果是毋庸置疑的：基于人体呼吸过程变化特征曲线，通过控制器的关断和连接不同大小的电阻进行人体呼吸的模拟，相对于已有的呼吸模拟装置，安装简单，造价低廉，并能通过运算控制系统对风速、呼吸频率进行改变。不仅能够提供仿真人体呼吸的气流，同时也能实现控制灵活、安装简便、造价低廉。
附图说明
19.图1为简易呼吸模拟装置整体装配全剖视示意图；
20.图2为简易呼吸模拟装置电路图；
21.图3为人体模型示意图；
22.图4为人体模型呼吸示意图；
23.图5为呼吸风量及频率示意图。
24.图中：呼吸模块1、进气扇101、出气扇102、风扇壳体103、隔板104、控制器2、电阻3、电路外壳体4、风速监测系统5、显示系统6、运算控制系统7、电源8、开关电路9。
具体实施方式
25.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
26.实施例1：
27.参见图1～图3，本实施例提供一种简易呼吸模拟装置，包括布置在人体模型颅腔内的呼吸模块1和风速监测系统5，以及调节系统、电路外壳体4、显示系统6和运算控制系统7。
28.所述人体模型颅腔通过鼻腔和/或口腔与外界连通。所述呼吸模块1包括并联的进气扇101和出气扇102，以及风扇壳体103和隔板 104。所述风扇壳体103具有容纳空间。所述隔板104将风扇壳体103 的容纳空间分隔为两个腔体。两个腔体处设置有进出风口结构。所述进气扇101和出气扇102分别布置在两个腔体中。所述风扇壳体 103通过螺丝固定在人体模型颅腔内。所述进气扇101和出气扇102 均为直流风机。所述进气扇101将外气抽吸至人体模型颅腔内。所述出气扇102将人体模型颅腔内空气吹送至外部环境。所述风速监测系统
5布置在呼吸模块1旁侧。
29.所述调节系统布置在电路外壳体4的内腔中。所述调节电路系统包括第一调节电路和第二调节电路。所述第一调节电路和进气扇 101电连接于电源8回路的正负极之间。所述第一调节电路与进气扇 101串联以设置进气扇101的输入电阻。所述第二调节电路和出气扇102电连接于电源8回路的正负极之间。所述第二调节电路与出气扇 102串联以设置出气扇102的输入电阻。所述第一调节电路和第二调节电路均包括时序控制器2和多条阻值调节支路。所述多条阻值调节支路并联连接。其中，开关电路9和电阻3串联连接以形成阻值调节支路。所述时序控制器2和阻值调节支路的受控端均与运算控制系统7电连接。
30.工作时，所述风速监测系统5监测呼出、吸入的风速，并将呼吸风速v和呼吸时间t发送给运算控制系统7。所述运算控制系统7 控制时序控制器2的关断，继而控制模拟的呼吸频率。所述运算控制系统7控制阻值调节电路接入第一调节电路和第二调节电路的电阻值，继而控制呼吸的流速大小。所述运算控制系统7根据进气扇 101吸气风速v1、出气扇102呼气风速v2以及呼吸时鼻腔和/或口腔开口横截面积s1计算出实际吸气风量f1和实际呼气风量f2。所述显示系统6显示实际吸气风量f1、实际呼气风量f2、呼吸时间t、吸气风速v1和呼气风速v2。
31.参见图5，对于模拟出人体呼气和吸气的两个过程，通过对电路的控制，即是通过控制器的关断和连接不同大小的电阻，对控制器的关断设置时间序列，通过控制开关时间来达到控制模拟的呼吸频率即呼吸时间，同时通过电阻的大小来控制呼吸的流速大小，从而达到准确模拟人体呼气和吸气的两个过程，实现过程变化曲线符合真实人体的情况。基于电路控制原理即人体呼吸过程变化特征曲线，在人体模型头部内安装呼吸模块，通过控制器的关断和连接不同大小的电阻进行人体呼吸的模拟，相对于已有的呼吸模拟装置，安装简单，造价低廉，并能通过运算控制系统对风速、呼吸频率进行改变。不仅能够提供仿真人体呼吸的气流，同时也能实现控制灵活、安装简便、造价低廉，这就达到了简易呼吸模拟装置的目的。
32.实施例2：
33.本实施例提供一种简易呼吸模拟装置，包括布置在人体模型颅腔内的呼吸模块1和风速监测系统5，以及调节系统、电路外壳体4、显示系统6和运算控制系统7。
34.所述人体模型颅腔通过鼻腔和/或口腔与外界连通。所述呼吸模块1包括并联的进气扇101和出气扇102，以及风扇壳体103和隔板104。所述风扇壳体103具有容纳空间。所述隔板104将风扇壳体103 的容纳空间分隔为两个腔体。两个腔体处设置有进出风口结构。所述进气扇101和出气扇102分别布置在两个腔体中。所述风扇壳体 103通过螺丝固定在人体模型颅腔内。所述进气扇101和出气扇102 均为直流风机。所述进气扇101将外气抽吸至人体模型颅腔内。所述出气扇102将人体模型颅腔内空气吹送至外部环境。所述风速监测系统5布置在呼吸模块1旁侧。
35.所述调节系统布置在电路外壳体4的内腔中。所述调节电路系统包括第一调节电路和第二调节电路。所述第一调节电路和进气扇 101电连接于电源8回路的正负极之间。所述第一调节电路与进气扇 101串联以设置进气扇101的输入电阻。所述第二调节电路和出气扇 102电连接于电源8回路的正负极之间。所述第二调节电路与出气扇 102串联以设置出气扇102的输入电阻。所述第一调节电路和第二调节电路均包括时序控制器2和多条阻值
调节支路。所述多条阻值调节支路并联连接。其中，开关电路9和电阻3串联连接以形成阻值调节支路。所述时序控制器2和阻值调节支路的受控端均与运算控制系统7电连接。
36.工作时，所述风速监测系统5监测呼出、吸入的风速，并将呼吸风速v和呼吸时间t发送给运算控制系统7。所述运算控制系统7 控制时序控制器2的关断，继而控制模拟的呼吸频率。所述运算控制系统7控制阻值调节电路接入第一调节电路和第二调节电路的电阻值，继而控制呼吸的流速大小。所述运算控制系统7根据进气扇 101吸气风速v1、出气扇102呼气风速v2以及呼吸时鼻腔和/或口腔开口横截面积s1计算出实际吸气风量f1和实际呼气风量f2。所述显示系统6显示实际吸气风量f1、实际呼气风量f2、呼吸时间t、吸气风速v1和呼气风速v2。
37.所述运算控制系统根据进气扇开启时吸气风速v1，出气扇开启时呼气风速v2和呼吸时人体模型鼻腔开口横截面积s1计算出实际吸气风量f1和实际呼气风量f2。所述显示系统显示实际呼吸风量v(包括实际吸气风量v1和实际呼气风量v2)。所述运算控制系统根据进气扇开启时吸气风速v1，出气扇开启时呼气风速v2和呼吸时人体模型鼻腔开口横截面积s1计算出实际吸气风量v1和实际呼气风量v2，计算得到实际吸气风量f1和实际呼气风量f2。
38.f1＝v1*s
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(1)
39.f2＝v2*s
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(2)
40.所述运算控制系统基于需求控制风机转速q，通过电阻(3)，对风机转速q进行控制，基于模拟呼吸的呼吸风量曲线，运算控制系统通过开断控制器进行自动调节。
41.在实际生产中，简易呼吸模拟装置的运行方法主要包括以下步骤：
42.1)按照用户需求在人体模型内部安装室内简易呼吸模拟装置。
43.2)根据用户需求设置吸气风速v1和呼气风速v2，并设置呼吸时间t。
44.3)显示系统显示吸气风量f1、呼气风量f2和呼吸时间t，并将数据发送给运算控制系统。
45.4)通过根据进气扇开启时吸气风速v1，出气扇开启时呼气风速 v2和呼吸时人体模型鼻腔开口横截面积s1计算出实际吸气风量f1和实际呼气风量f2。
46.所述实际吸气风量f1和实际呼气风量f2如下所示：
47.f1＝v1*s
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(1)
48.f2＝v2*s
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(2)
49.5)安装在人体模型头部内的简易呼吸模拟装置通过执行设定好的吸气风速v1、呼气风速v2和呼吸时间t实现人体呼吸仿真模拟，并在显示系统显示实时吸气风量f1、呼气风量f2和呼吸时间t。
50.本实施例提供了一种控制灵活、安装简便、造价低廉的简易呼吸模拟装置，目前电路控制器发展成熟，且不同大小的电阻也极易获取，这均能提高方案可行性。同时针对风速的传感器具有技术较为成熟、精度高、成本低、应用广、数据易获取等的优点，可以提高控制通风的效果。本实施例可根据用户需求的呼吸模拟进行设置，具有个性化特点，尽最大限度的满足了简易操作的需求。在对于人体呼吸气流的相关研究领域，本实施例效果尤其突出。
51.本实施例针对目前呼吸模拟装置造价高，维修保养难，国内技术不成熟的问题，提供了一种控制灵活、安装简便、造价低廉的简易呼吸模拟解决方案。发明依据电路控制原理，建立了简易呼吸模拟装置。可根据用户需求对呼吸风速和呼吸频率进行调节，相对于目
前已有技术具有明显优势。
52.实施例3：
53.本实施例提供一种基础的简易呼吸模拟装置，包括布置在人体模型颅腔内的呼吸模块1和风速监测系统5，以及调节系统和运算控制系统7。
54.所述人体模型颅腔通过鼻腔和/或口腔与外界连通。所述呼吸模块1包括并联的进气扇101和出气扇102。所述进气扇101将外气抽吸至人体模型颅腔内。所述出气扇102将人体模型颅腔内空气吹送至外部环境。所述风速监测系统5布置在呼吸模块1旁侧。
55.所述调节电路系统包括第一调节电路和第二调节电路。所述第一调节电路和进气扇101电连接于电源8回路的正负极之间。所述第一调节电路与进气扇101串联以设置进气扇101的输入电阻。所述第二调节电路和出气扇102电连接于电源8回路的正负极之间。所述第二调节电路与出气扇102串联以设置出气扇102的输入电阻。所述第一调节电路和第二调节电路均包括时序控制器2和多条阻值调节支路。所述时序控制器2和阻值调节支路的受控端均与运算控制系统7电连接。
56.工作时，所述风速监测系统5监测呼出、吸入的风速，并将呼吸风速v和呼吸时间t发送给运算控制系统7。所述运算控制系统7 控制时序控制器2的关断，继而控制模拟的呼吸频率。所述运算控制系统7控制阻值调节电路接入第一调节电路和第二调节电路的电阻值，继而控制呼吸的流速大小。
57.本实施例可直接安装在市面上的人体模型内部，进行呼吸时气流特性、呼吸系统颗粒物沉积模拟、病毒交叉感染等相关研究，同时可作为强化呼吸系统常见疾病理论知识教具进行使用。
58.实施例4：
59.本实施例主要结构同实施例3，其中，所述进气扇101和出气扇 102均为直流风机。
60.实施例5：
61.本实施例主要结构同实施例3，其中，所述呼吸模块1还包括风扇壳体103以及隔板104。所述风扇壳体103具有容纳空间。所述隔板104将风扇壳体103的容纳空间分隔为两个腔体。两个腔体处设置有进出风口结构。所述进气扇101和出气扇102分别布置在两个腔体中。所述风扇壳体103通过螺丝固定在人体模型颅腔内。
62.实施例6：
63.本实施例主要结构同实施例3，其中，所述多条阻值调节支路并联连接。其中，开关电路9和电阻3串联连接以形成阻值调节支路。
64.实施例7：
65.本实施例主要结构同实施例3，其中，所述电阻3为固定电阻。
66.实施例8：
67.本实施例主要结构同实施例3，其中，所述电阻3为可调电阻。
68.实施例9：
69.本实施例主要结构同实施例3，其中，阻值调节支路还包括补偿电阻，用于补偿调节每条阻值调节支路的阻值。
70.实施例10：
71.本实施例主要结构同实施例3，其中，还包括电路外壳体4。所述调节系统布置在电
路外壳体4的内腔中。
72.实施例11：
73.本实施例主要结构同实施例3，其中，还包括显示系统6。所述运算控制系统7根据进气扇101吸气风速v1、出气扇102呼气风速 v2以及呼吸时鼻腔和/或口腔开口横截面积s1计算出实际吸气风量 f1和实际呼气风量f2。所述显示系统6显示实际吸气风量f1、实际呼气风量f2、呼吸时间t、吸气风速v1和呼气风速v2。所述风速监测系统和显示系统对呼出风量和吸入风量进行监测和显示，用户根据需求将所需呼吸风量反馈至运算控制系统。参见图4，4a表示嘴部呼吸，4b表示鼻子呼吸。所述简易呼吸模拟装置可根据用户需求对呼吸频率、风量进行调节，模拟研究不同情景下的呼吸状态，如果原有暖体假人具有加热功能，则能够更好的模拟出呼气气流特性。
74.实施例12：
75.本实施例主要结构同实施例3，其中，所述呼吸气流用以作为依据进行病毒交叉感染研究，防止了人体实验的道德伦理问题。可采用多个安装简易呼吸模拟装置的人体模型，通过设定呼吸风量呼吸频率以及确定好摆放位置，在实验室环境中加入示踪气体，对实验室中的示踪气体浓度、实验室中气流流场特性进行检测和研究，从而研究病毒交叉感染风险。
76.实施例13：
77.本实施例主要结构同实施例3，其中，所述呼吸气流用以模拟研究不同环境下的呼吸气流特性，如静止室内环境、空调室内环境、采暖室内环境等，同时可以通过调节呼吸频率和风量，对不同年龄段、不同工作强度等的呼吸状态进行模拟。
78.所述简易呼吸模拟装置设置简便，通过用户设置，显示系统显示设置的风量和频率，从而对呼吸状态进行控制。所述简易呼吸模拟装置安装简便，用螺丝可直接安装到人体模型头部内部，也便于拆卸和检修。